| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 봄 (05/14 ~ 05/14, 강릉대학교) |
| 권호 | 10권 1호 |
| 발표분야 | 반도체 II (화합물) |
| 제목 | 열전 에너지 변환을 위한 Skutterudite CoSb3의 제조와 특성 |
| 초록 | 1. 서론 열전 에너지 변환특성을 향상시키기 위한 한 가지 방법으로, Seebeck 계수와 전기전도도는 거의 변화시키지 않고 열전도도만 감소시키기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 개념의 재료특성을 소위 PGEC(phonon glass and electron crystal)라 하며, 이를 위해 조성과 도핑농도의 최적화에 의해 소재의 전기적 특성의 감소를 최소화하면서 격자 열전도도를 감소시키려는 연구가 진행 중이다. Skutterudite는 단위격자 안에 8개의 TX3 group(T:천이원소, X:니코젠원소)을 포함하고 있어 격자 열전도도의 감소에 의한 열전 에너지 변환특성의 향상이 기대되는 결정구조이다. 성분원소의 조합, 도핑, 충진, 고용 등에 의해 수많은 skutterudite 재료가 가능하며, 기본적인 재료의 조성과 특성 및 제조방법에 대한 연구가 세계적으로 아직 초기단계이다. 본 연구에서는 arc melting 및 vacuum hot pressing 방법으로 CoSb3 화합물의 제조를 시도하였고 이에 대한 열전 특성을 조사하였다. 2. 실험방법 원소 상태의 Co와 Sb를 Ar 분위기에서 60초 동안 arc melting(AM)하였다. 조성의 균질화와 편석을 방지하기 위하여 5회에 걸쳐 재용해하였다. 또한 AM에 의해 합성된 CoSb3를 파쇄하여 소결온도와 압력 및 시간을 조절하면서 vacuum hot pressing(VHP)을 하였다. AM과 VHP로 제조된 시편을 300℃~800℃에서 24시간까지 항온 진공열처리를 한 후 미세조직과 열전특성을 비교 분석하였다. 상분석을 통해 구성상과 열전 특성과의 관계도 조사하였다. 3. 실험결과 400℃에서 24시간동안 열처리하여도 건전한 미세조직을 유지하였지만, 500℃이상에서 열처리하면 void와 crack들이 발생하였다. 이것은 열처리와 냉각하는 동안 상전이로 인한 열팽창과 상분해 때문에 발생된 것으로 사료된다. 400℃의 열처리에 의해 CoSb3의 합성이 성공적으로 이루어졌으며, 열전특성의 온도 의존성을 조사한 결과, CoSb3는 p-type 전도성과 진성 반도체의 성질을 나타내었다. 400℃에서 24시간 열처리한 경우, 약 300℃ 측정온도에서 Seebeck 계수 225㎶/K, 전기전도도 250Ω-1㎝-1 및 power factor(PF) 13㎶/㎝K2의 성능을 나타내었다. 열처리 전후 열전특성의 현격한 차이를 보였고, 이는 열처리에 의한 상변화와 이에 따른 전자 이동 특성의 변화 밀접한 관계가 있었다. Acknowledgements: 본 연구는 과학기술부 특정연구개발사업(과제번호 M1-0319-01-0003 -03-B38-01-003-11)의 지원에 의해 수행되었습니다. 참고문헌 1) I.-H. Kim et al., Materials Science Forum 449 (2004) 917 . 2) J.-P. Fleurial, T. Caillat and A. Borshchevski, Proc. 13th ICT (1994) 40. 3) C. Uher, S. Hu and J. Yang, Proc. 17th ICT (1998) 306. |
| 저자 | 박종범1, 김일호1, 어순철1, 이정일1, 장경욱2, 최국선3, 김병규3, 김원백3, 김준수3 |
| 소속 | 1충주대, 2한서대, 3한국지질자원(연) |
| 키워드 | 열전 반도체; Skutterudite; CoSb3; 에너지 변환 |
